Мир дикой природы на wwlife.ru
Вы находитесь здесь:Новости>>Новости Эволюции>>Как эволюционирует способность к эволюции

Понедельник, 16 Июль 2012 23:40

Как эволюционирует способность к эволюции

Автор 

 

 

 

Инженерам давно известно, что лучше всего собирать систему из модулей. Если один из компонентов перестанет работать, достаточно его заменить, будь то видеокарта компьютера, генератор автомобиля или камера космического телескопа.

Изображение Jason PriemНапротив, если проблемы начнутся у монолитного комплекса (экономики, финансовых рынков), их будет очень трудно исправить.

Как ни странно, это правило действует и в природе. Биологические системы, как правило, модульны — в частности те, которые могут рассматриваться как сети: мозг, генетические регуляторные сети, метаболические пути. (Сети являются модульными, если они содержат сильно связанные друг с другом скопления узлов, которые с другими кластерами соединены очень слабо.)

Здесь возникает важный вопрос: каким образом биологические сети приобрели такое свойство? Должно быть какое-то эволюционное давление, но какое?

Тайна усугубляется преимуществами, которые даёт модульность. Это делает системы более способными к развитию в случае изменения окружающих условий. Поскольку мутации влияют обычно на один модуль, они приводят к конкретным небольшим изменениям приспособляемости системы. Эволюция с лёгкостью выбирает между «за» и «против» этих изменений.

Немодульным системам развиваться сложнее, потому что мутации в них обычно влияют на всю систему и далеко не всегда оказываются полезными, о чём свидетельствуют различные эксперименты.

Но модульность, само собой, даёт явное преимущество, когда она уже существует. Это не объясняет, как и почему она развивается.

Недостатка в гипотезах нет. Одна из точек зрения гласит, что модульность возникает в быстро меняющейся среде, в которой существуют общие подзадачи, но различные проблемы первого уровня. Однако реальных доказательств в пользу этого мнения пока не найдено.

По этим причинам появление модульности остаётся одним из наиболее важных открытых вопросов в биологии.

Ход Липсон из Корнеллского университета (США) и его коллеги предлагают ещё одно объяснение. По их словам, недооценивается такой ключевой фактор, как стоимость создания и поддержки сети. «Модульность развивается не потому, что она расширяет возможности эволюции, а в качестве побочного продукта снижения стоимости подключения к сети», — говорят исследователи.

Речь идёт о расходах на изготовление соединений и их содержание, об энергии, необходимой для передачи информации по ним и для сдерживания сигналов. Стоимость растёт с увеличением числа соединений и их длины.

«Действительно, многочисленные исследования сосудистой и нервной систем (в том числе головного мозга) показали, что суммарная длина схемы сведена к минимуму», — подчёркивают авторы гипотезы.

Очевидно, что у таких сетей есть важные преимущества.

Для проверки идеи г-н Липсон и коллеги разработали компьютерную среду для измерения способности различных сетей приспосабливаться к тем или иным обстоятельствам. Поначалу сети были случайными, и ни одна из них не показала хороших результатов. Но некоторые были чуть лучше других, и именно они чаще давали «потомство». Следующее поколение не являлось точной копией предыдущего, ибо содержало случайные изменения. Таким образом и происходит биологическая эволюция.

Компьютер измерял сети по двум критериям. Первый был очень простым: насколько хорошо система распознавала некий набор входных данных. А второй требовал принять во внимание затраты на поддержание сети.

Так вот, сети, которые демонстрировали лучшие показатели по первому критерию, через 25 тыс. поколений точно идентифицировали входящие сигналы. Но только те, что набирали больше баллов по второму критерию, были модульными. То есть модульность делает систему более гибкой (в мире ограниченных ресурсов минимум затрат — важное преимущество), но дело не в стремлении к модульности, а в необходимости свести к минимуму расходы.

Результаты исследования, опубликованные на сайте arXiv, могут иметь большое практическое значение. В последние годы так называемые эволюционные вычисления используются всё чаще — и в анализе рентгеновских снимков, и в работе с наборами данных для проектирования (например, деталей для сверхзвуковых самолётов). При этом инженеры никак не могли понять, как заставить систему стать модульной. Быть может, теперь НТР пойдёт ещё немного быстрее?..

 


Источник: КОМПЬЮЛЕНТА


 

 

 

 

 

Прочитано 10177 раз

Авторизуйтесь, чтобы получить возможность оставлять комментарии

Случайные статьи

  • 1
  • 2
  • 3
  • 4
  • 5
Предыдущая Следующая

В Китае обнаружены «белки» юрского периода

11-09-2014 Просмотров:6535 Новости Палеонтологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

В Китае обнаружены «белки» юрского периода

Ученые откопали в Китае сразу шесть скелетов млекопитающих, которые существовали в середине юрского периода. Открытие заставляет пересмотреть взгляды на эволюцию этого класса живых организмов. В Китае обнаружены «белки» юрского периодаОписание находки,...

Ученые узнали, почему голландцы превратились в нацию гигантов

09-04-2015 Просмотров:5561 Новости Антропологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Ученые узнали, почему голландцы превратились в нацию гигантов

Ученые нашли причину, объясняющую, почему голландцы по своему росту стоят на одном из первых мест в мире. Оказалось, что всё дело в половом отборе – высокие голландцы имеют больше шансов...

Глобальное потепление привело к исчезновению островов в Северном Ледовитом океане

25-11-2016 Просмотров:4004 Новости Окенологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Глобальное потепление привело к исчезновению островов в Северном Ледовитом океане

Исчезновение островов и береговая эрозия свидетельствуют о глобальном потеплении. Арктический островОб этом сообщил исследователь Арктики, профессор Томского политехнического университета (ТПУ), заведующий лабораторией арктических исследований в Тихоокеанском океанологическом институте ДВО РАН Игорь...

Младенцы начинают мысленно разговаривать уже в 11 месяцев

16-07-2014 Просмотров:5954 Новости Антропологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

Младенцы начинают мысленно разговаривать уже в 11 месяцев

Физиологи выяснили, что младенцы мысленно пробуют произносить слова задолго до того, как они начинают разговаривать вслух. Открытие доказывает, что дети должны как можно чаще слушать звуки человеческой речи уже на...

NASA составила карту полюсов холода

06-03-2014 Просмотров:6401 Новости Метеорологии Антоненко Андрей - avatar Антоненко Андрей

NASA составила карту полюсов холода

Полюса холода. Фото: NASAАмериканское космическое агентство (NASA) проанализировало данные с метеорологических спутников, полученные за последние 32 года, и выявило полюса холода — места на планете, где температура десятки раз за...

top-iconВверх

© 2009-2021 Мир дикой природы на wwlife.ru. При использование материала, рабочая ссылка на него обязательна.